申请日2019.02.28
公开(公告)日2019.05.28
IPC分类号C22C45/02; B22D11/06; C02F1/72; C02F101/38
摘要
本发明属于废水处理的技术领域，公开了一种Fe‑Si‑B非晶合金带材及其制备与在偶氮染料废水降解中的应用。所述Fe‑Si‑B非晶合金带材的组成为：FemSinBp，75≤m≤83，7≤n≤15，7≤p≤15且m+n+p=100;所述Fe‑Si‑B非晶合金带材的组成优选为Fe78Si11B11。本发明还公开了Fe‑Si‑B非晶合金带材的制备方法。所述Fe‑Si‑B非晶合金带材在偶氮染料废水降解中的应用。本发明的带材具有较好的耐腐蚀性，较高的催化活性，对偶氮染料具有非常快的降解速率，成本低。
权利要求书
1.一种Fe-Si-B非晶合金带材，其特征在于：该非晶合金带材的组成为：FemSinBp，75≤m≤83，7≤n≤15，7≤p≤15且m+n+p=100。
2.根据权利要求1所述Fe-Si-B非晶合金带材，其特征在于：所述Fe-Si-B非晶合金带材的组成为Fe78Si11B11。
3.根据权利要求1所述Fe-Si-B非晶合金带材，其特征在于：所述Fe-Si-B非晶合金带材的尺寸：宽度为1-10mm，厚度为19-30μm，长度为5-15mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述Fe-Si-B非晶合金带材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)根据非晶合金带材的化学计量比称量原材料Fe、Si、B，然后在惰性气氛中熔炼成合金;
2)采用单辊甩带法将步骤1)的合金制备成非晶合金带材。
5.根据权利要求1～3任一项所述Fe-Si-B非晶合金带材在偶氮染料废水降解中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述偶氮染料为含偶氮键的染料，包括金橙Ⅱ偶氮染料、甲基橙、直接蓝。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述偶氮染料为金橙II。
8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：包括以下步骤：
将Fe-Si-B非晶合金带材放入偶氮染料废水中，偶氮染料发生降解。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述偶氮染料废水中偶氮染料的浓度为20-40mg/L;废水的温度为25-35℃;Fe-Si-B非晶合金带材与偶氮染料废水的质量体积比为(1-10)g：500mL;所述降解在搅拌的条件下进行。
说明书
一种Fe-Si-B非晶合金带材及其制备与在偶氮染料废水降解中的应用
技术领域
本发明属于废水处理的技术领域，涉及Fe基非晶合金材料及其在染料废水处理方面的应用，具体涉及一种Fe-Si-B非晶合金带材及其制备与在偶氮染料废水降解中的应用。
背景技术
水是生命之源，支撑着所有的生命，既是一种基础性资源也是战略资源。随着人口增长，社会经济的发展，人们对水的需求量不断增加。水资源短缺与水环境污染问题日益突出，严重地困扰着人类的生存与发展，污水处理已不再是局限于某一个地域，而是扩展到整个社会，成为全球性、跨世纪的问题。其中染料废水作为高浓度有机废水，具有组成复杂、色度深、COD浓度高等特点，长期以来都是废水治理方面的难点，这是因为某些有毒物质可以使人体和生物产生致癌、致畸和致突变。大多数染料中包含偶氮键和苯环高分子等复杂有机化合物，而偶氮染料是染料品种和数量最多的一类。如果这些有机染料被排放到地表或地下水中，没有得到有效降解，将对环境和人类健康造成严重威胁，为此科研人员做出了很大的努力。
目前，已经开发的偶氮染料废水处理方法包括物理、生物和光化学法等。各种处理方法从经济性、技术性、对环境影响上考虑都存在一定的缺陷。如活性炭吸附方法为物理过程，其能将染料分离却不能降解;生物降解法通常用来降解特殊的有毒偶氮染料，适用范围较窄;高级氧化法存在工艺复杂、成本高等问题。因此开发一种有效的材料或方法处理废水中的有机染料成为环境治疗的重要任务之一。
近年来，以铁屑作为内电解材料的微电解工艺及其组合工艺在提高偶氮染料废水可生化性，改善偶氮染料废水水质等方面具有明显优势。这种工艺能使偶氮染料废水的可生化性得到显著提高，再与其他工艺结合，可以达到很好的废水处理效果。但是，利用这种方法降解偶氮染料，为保证较好的降解效率，处理环境通常是酸性环境，而在酸性环境下，会产生大量的铁泥，导致二次污染，铁的腐蚀产物易在铁的表面沉积，急剧降低降解效率和铁的使用寿命，大大地增加处理成本。因此，仍需从新的角度来提高零价铁对偶氮染料的降解性能。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种Fe-Si-B非晶合金带材及其制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述Fe-Si-B非晶合金带材在偶氮染料废水降解中的应用。该非晶合金带材能够解决还原铁粉或铸铁废屑在实际的染料废水处理过程中需要满足的处理条件较多，处理效果不佳等问题。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种Fe-Si-B非晶合金带材，该非晶合金带材为：FemSinBp，75≤m≤83，7≤n≤15，7≤p≤15且m+n+p=100。
所述Fe-Si-B非晶合金带材优选为Fe78Si11B11。
所述Fe-Si-B非晶合金带材的尺寸：宽度为1-10mm，厚度为19-30μm，长度为5-15mm。
所述Fe-Si-B非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：
1)根据非晶合金带材的化学计量比称量原材料Fe、Si、B，然后在惰性气氛中熔炼成合金;
2)采用单辊甩带法将步骤1)的合金制备成非晶合金带材。
步骤1)中，为了确保合金不被氧化，熔炼之前，在电极点火后先对Ti锭进行熔炼以去除腔内氧气，然后对Fe、Si、B进行熔炼。
为减少成分偏析保证合金的均匀性，步骤1)中每份合金需来回翻转熔炼5次以上。
单辊甩带法为单辊旋焠法、熔液旋淬。
所述Fe-Si-B非晶合金带材在偶氮染料废水降解中的应用。
所述偶氮染料为金橙Ⅱ偶氮染料、甲基橙、直接蓝等含偶氮键的染料，优选为金橙II。
所述应用，包括以下步骤：
将Fe-Si-B非晶合金带材放入偶氮染料废水中，偶氮染料发生降解。
所述偶氮染料废水中偶氮染料的浓度为20-40mg/L;废水的温度为25-35℃;Fe-Si-B非晶合金带材与偶氮染料废水的质量体积比为(1-10)g：500mL;所述降解在搅拌的条件下进行，搅拌速率为250-350r/min。
本发明的Fe-Si-B非晶合金带材对金橙Ⅱ染料中，具有良好降解效果。
Fe基非晶带较传统的零价晶态Fe能更有效降解各种有机废水。这源于非晶合金具有独特的原子结构和特殊的物理和化学性能，一方面，非晶相本身均匀的显微组织和不存在晶界等特点，使其具备耐腐蚀性;另一方面，非晶态属于亚稳态，即组份原子保持在远离平衡状态的位置，因此，非晶态合金一般具有良好的催化性能。Fe基非晶合金被用于染料废水的降解，表现出显著的催化效应。相对于晶态的零价铁，Fe基非晶合金降解染料废水的速率大幅度提升。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)相对于同成分的晶态条带以及还原铁粉，本发明的合金条带对偶氮染料具有更快的降解速率，并且在不同的环境条件下均能保持较快的降解速率，表现出优异的降解性能。
(2)本发明的Fe-Si-B非晶合金带材，由于其非晶结构的亚稳态与均匀性，均能促进降解过程中的合金表面的高反应活性。其中B元素的添加会促进降解过程中在条带表面形成松散且容易剥落的氧化层，从而促进降解过程中物质传输与电子交换;而且Si是铁基非晶合金中应用最为广泛的合金元素之一，通过Si合金化得到Fe-Si-B三元非晶合金，该合金为兼具良好形成能力以及降解性能的非晶合金。
(3)本发明中所用金橙Ⅱ染料未做任何处理(加酸或加碱)即是在自然环境条件下的染料，本发明直接将Fe基非晶带材与含有金橙II染料的废水混合就可实现降解，无需在特定条件下亦能表现出优异的降解性能，避免二次污染，具有很高的实用价值。
(4)本发明利用单辊旋焠法所得的非晶合金带材很薄，具有较大的比表面积，能够有效提高降解反应速率。
除此之外，由于非晶合金良好的耐蚀性能，使得其在运输，预处理等方面的成本要低于晶态零价铁，具有良好的应用前景。